Redis（主从复制、哨兵模式、集群）概述及部署

最新推荐文章于 2024-09-04 21:43:47 发布
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Redis（主从复制、哨兵模式、集群）概述及部署

前言

主从复制适用于数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复，哨兵模式基于主从复制，部署哨兵模式必须先部署主从复制，其在主从复制基础上提供了自动化的故障恢复。但是其写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制。在MySQL数据库中为保证数据的高可用性，其有主从复制与MHA实现高可用。

一、主从复制

(1)主从复制原理

  • 主从复制，是指将一台 Redis 服务器的数据，复制到其他的 Redis 服务器。前者称为主节点(Master)，后者称为从节点(Slave)；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。
  • 默认情况下，每台 Redis 服务器都是主节点；且一个主节点可以有多个从节点 (或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点。

(2)主从复制作用

  1. 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。
  2. 故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。
  3. 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务 (即写 Redis 数据时应用连接主节点，读 Redis 数据时应用连接从节点)，分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。
  4. 高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

(3)主从复制流程

  1. 若启动一个Slave机器进程，则它会向Master机器发送一个“sync command" 命令，请求同步连接。
  2. 无论是第一次连接还是重新连接，Master机器 都会启动一个后台进程，将数据快照保存到数据文件中(执行rdb操作) ，同时 Master 还会记录修改数据的所有命令并缓存在数据文件中。
  3. 后台进程完成缓存操作之后，Master 机器就会向 Slave 机器发送数据文件，Slave 端机器将数据文件保存到硬盘上，然后将其加载到内存中，接着 Master 机器就会将修改数据的所有操作一并发送给 Slave 端机器。若 Slave 出现故障导致宕机，则恢复正常后会自动重新连接。
  4. Master机器收到 Slave 端机器的连接后，将其完整的数据文件发送给 Slave 端机器，如果 Mater 同时收到多个 Slave 发来的同步请求，则 Master 会在后台启动一个进程以保存数据文件，然后将其发送给所有的 Slave 端机器，确保所有的 Slave 端机器都正常。

(4)搭建主从复制

  • 安装Redis服务、关闭防火墙
    三台服务器同样配置

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①修改master节点配置文件

（1）#修改master主配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0         			   #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
daemonize yes         			   #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log    #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379            #264行，指定工作目录
appendonly yes       			   #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart

1、修改master主配置文件
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2、重启redis
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②修改Slave节点配置文件

（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0        				 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes       				 #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log      #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379              #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.159.230 6379         #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes       				 #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart

1、修改slave1节点配置

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2、重启slve服务
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③验证主从效果

#在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log

#在Master节点上验证从节点:
redis-cli
127.0.0.1:6379> info replication

#创建数据验证
##在master创建数据
set name liy

##在从节点上查看
get name

1、在master上查看日志
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2、在master节点上验证从节点
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3、创建数据验证
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二、哨兵模式

哨兵的核心功能:在主从复制的基础上，哨兵引入了主节点的自动故障转移。

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(1)哨兵模式原理

哨兵(sentinel)：是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的Master，并将所有Slave 连接到新的Master。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

(2)哨兵模式的作用

  1. 监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
  2. 自动故障转移：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
  3. 通知(提醒)：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

(3)哨兵模式的结构

哨兵结构由两部分组成，哨兵节点和数据节点

  • 哨兵节点：哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的 redis 节点，不存储数据。

  • 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。

哨兵的启动依赖于主从模式，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式，所有节点上都需要部署哨兵模式，哨兵模式会监控所有的Redis 工作节点是否正常，当Master 出现问题的时候，因为其他节点与主节点失去联系，因此会投票，投票过半就认为这个 Master 的确出现问题，然后会通知哨兵间，然后从Slaves中选取一个作为新的 Master。

需要特别注意的是：客观下线是主节点才有的概念；如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

(4)哨兵模式的部署

①部署主从复制

在上文的主从复制基础上部署

②修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
protected-mode no     #17行，关闭保护模式
port 26379            #21行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes         #26行，指定sentinel为后台启动
logfile "/var/log/sentinel.log"     #36行，指定日志存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"           #65行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.159.230 6379 2        #84行， 修改
指定该哨兵节点监控192.168.159.230:6379这个主节点，该主节点的名称是mymaster,最后的2的含义与主节点的故障判定有关:至少需要2个哨兵节点同意，才能判定主节点故障并进行故障转移
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000   #113行,判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000        #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )

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③启动哨兵模式

#注意：先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

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④查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.159.230:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+  完成                  redis-sentinel sentinel.conf

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⑤模拟故障

#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 17504     #Master节点上redis-server的进程号

#验证master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log

#在Slave上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

1、在Master上查看redis-server进程号
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2、杀死Master节点上redis-server的进程号
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3、验证master转换至从服务器
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4、在slave上查看是否转换成功
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三、Redis集群模式

  • 集群，即 Redis Cluster， 是Redis 3. 0开始引入的分布式存储方案。

  • 集群由多个节点(Node) 组成，Redis 的数据分布在这些节点中。

  • 集群中的节点分为主节点和从节点；只有主节点负责读写请求和集群信息的维护；从节点只进行主节点数据和状态信息的复制。

(1)集群的作用

①数据分区：数据分区(或称数据分片) 是集群最核心的功能。

  • 集群将数据分散到多个节点，一方面突破了 Redis 单机内存大小的限制，存储容量大大增加；另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务，大大提高了集群的响应能力。
  • Redis 单机内存大小受限问题，在介绍持久化和主从复制时都有提及；例如，如果单机内存太大，bgsave 和 bgrewriteaof的 fork 操作可能导致主进程阻塞，主从环境下主机切换时可能导致从节点长时间无法提供服务，全量复制阶段主节点的复制缓冲区可能溢出。

②高可用：集群支持主从复制和主节点的自动故障转移(与哨兵类似) ；当任一节点发生故障时，集群仍然可以对外提供服务。

(2)集群模式的数据分片

  • Redis集群引入了哈希槽的概念
  • Redis集群有 16384 个哈希槽( 编号0-16383)
  • 集群的每个节点负责一部分哈希槽
  • 每个Key 通过 CRC16 校验后对16384取余来决定放置哪个哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作

<- - -以3个节点组成的集群为例- - ->
节点A 包含0到5460号哈希槽
节点B 包含5461到10922号哈希槽
节点C 包含10923到16383号哈希槽

(3)集群模式的主从复制模型

  • 集群中具有A、B、C三个节点，如果节点B失败了，整个集群就会因缺少5461-10922这个范围的槽而不可以用。
  • 为每个节点添加一个从节点A1、B1、C1整个集群便有三个Master节点和三个slave节点组成，在节点B失败后，集群选举B1位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

(4)Redis集群模式

①Redis集群部署

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。 方便起见， 这里所有节点在1台服务器上模拟

  • 三个主节点端口号：6001,6002,6003

  • 对应的从节点端口号：7001,7002,7003

    #在当前服务器配置6个redis服务
cd /etc/redis/
mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
cd redis-cluster/redis6001
#复制配置文件及程序到目录中
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf ./
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli ./
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server ./

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②开启集群功能

[root@localhost redis6001]# vim redis.conf 
69 #bind 127.0.0.1      #将其注释，即监听所有端口
88 protected-mode no    #关闭保护模式
92 port 6001            #为了区分，将端口更改，6个不能相同
136 daemonize yes		  #开启守护进程
699 appendonly yes	  #开启AOF持久化
832 cluster-enabled yes #开启集群功能
840 cluster-config-file nodes-6001.conf  #群集名称文件设置
846 cluster-node-timeout 15000  #群集超时时间设置

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③将配置为文件复制到其余目录中

for i in {2..6};do
> cp ./* /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> done

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④修改所有集群服务的配置文件端口，使其不一致

for n in {2..6};do
> sed -i '92s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> sed -i '840s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> done

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⑤启动redis节点

#分别进入6个节点，进行服务启动redis-server redis.conf
for m in {1..6};do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$m/
> redis-server redis.conf
> done

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⑥启动集群

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1
# -replicas 1   表示每个主节点有1个从节点
#若使用6台服务器，此处节点ip请换为自己真实ip即端口号

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⑦集群测试

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四、总结

Redis高可用有四种实现方法：持久化、主从复制、哨兵模式、集群模式，持久化适用于单台服务器，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘,保证数据不会因进程退出而丢失。其是最简单的一种高可用方式，Redis集群提供了分布式存储方案解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案，其集群最低需要6个节点，三主三从，实现Redis高可用。

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